Результат интеллектуальной деятельности: НАТЯЖНОЙ ПРЕССУЕМЫЙ ЗАЖИМ

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к натяжным зажимам для крепления высокотемпературных проводов воздушных линий электропередачи.

Применение высокотемпературных проводов для воздушных линий электропередачи позволяет передавать электроэнергии более чем на 50% при одинаковых сечениях проводов, при этом прочность их на 14%-48% выше прочности проводов, применяемых в настоящее время, причем нагрев таких проводов может достигать 250°С. Высокотемпературные провода выпускаются в основном следующих конструкций:

- алюминиевые повивы и стальной сердечник выполнены из круглых проволок и отличаются лишь разрывным усилием;

- алюминиевые повивы и стальной сердечник выполнены уплотненными, наружная поверхность гладкая;

- выполнены уплотненными только алюминиевые повивы, стальной сердечник выполнен из круглых проволок, наружная поверхность гладкая;

- алюминиевые повивы выполнены комбинированными, то есть верхний повив выполнен из круглых проволок, остальные - уплотненные, стальной сердечник - из круглых проволок.

Известен натяжной клиновой зажим для закрепления проводов и тросов воздушных линий электропередачи, содержащий корпус с крышкой, клинья, размещенные в корпусе, цапфы, шарнирно соединенные с тягами и закрепленные по боковым сторонам корпуса [1].

В данном натяжном клиновом зажиме крышки клинья (чтобы исключить образование замкнутого магнитного контура по зажиму) изготавливаются из алюминия или алюминиевых сплавов, которые не выдерживают воздействия высоких температур, теряя при этом значительную часть своей конструкционной прочности.

Известен также натяжной прессуемый зажим для закрепления сталеалюминиевых проводов к анкерным и анкерно-угловым опорам воздушных линий электропередачи, содержащий стальной анкер, выполненный в виде стержня с отверстием для закрепления в нем стального сердечника провода и проушиной для крепления зажима к опоре, и алюминиевый корпус с хвостовиком для опрессования провода, уходящего в шлейф [2].

Однако этот зажим не может быть использован с высокотемпературными проводами, поскольку алюминиевый корпус при высоких температурах (до 150°С - 250°С) теряет несущую способность в 2-3 раза, что может привести к его разрушению в процессе эксплуатации. Кроме того, зажим не рассчитан для крепления проводов, предназначенных на работу с более высокими нагрузками, из-за недостаточной длины опрессования.

Перед заявителем и авторами стояла задача - разработать номенклатуру линейной арматуры, в частности натяжные прессуемые зажимы, пригодные для закрепления высокотемпературных проводов, широко применяемых в настоящее время на воздушных линиях электропередачи. При этом необходимо было обеспечить высокую эксплуатационную надежность работы натяжных зажимов в условиях длительного нагрева линейных проводов максимально до 250°С, а также низкую себестоимость изготовления, простоту конструкции, легкость и удобство их монтажа на линиях. Вышеотмеченный положительный технический результат был достигнут за счет совокупности существенных конструктивных признаков заявляемого натяжного прессуемого зажима, представленной в нижеследующей формуле изобретения: «натяжной прессуемый зажим для закрепления высокотемпературных проводов к анкерным и анкерно-угловым опорам воздушных линий электропередачи, содержащий анкер, выполненный в виде стержня с отверстием для закрепления в нем сердечника провода и с проушиной для крепления зажима к элементам натяжной изолирующей подвески, и корпус с хвостовиком или без хвостовика для крепления провода, идущего в шлейф; при этом корпус выполнен из специального профиля, изготовленного из алюминиевого сплава, в состав которого введены легированные добавки, обеспечивающие его высокую теплоотдачу и длительную работу при высоких температурах, при расчете коэффициента опрессования высокотемпературных проводов по математическому выражению: К_опр.=F_н-F_опр./F_н100% площадь опрессования F_опр. рассчитывается по формуле: F_опр.=0,64952D_м²-πКd_пр.²/4 для шестигранных матриц и F_опр.=πD_м²/4-πКd_пр.²/4 для круглых матриц, где F_н - площадь неопрессованного корпуса и/или анкера, d_пр. - диаметр провода и/или сердечника, D_м - диаметр матрицы, К - коэффициент, учитывающий конструкцию высокотемпературных проводов, выполненных полностью или частично уплотненными или неуплотненными с круглыми проволоками, и принимаемый в пределах 0,850÷0,999, длина опрессования корпуса и анкера с высокотемпературным проводом, имеющим уплотненные алюминиевые проволоки трапецеидального или Z-образного сечения или любого другого сечения определяется с учетом диаметра монтируемого провода и сердечника из следующих соотношений: L_опр.к.=(4,5÷12)d_прК₁K₂, L_опр.ан.=(8÷25,4)d_стК₁К₂, где К₁ - коэффициент, учитывающий увеличение или уменьшение величины прочности алюминиевой части провода и сердечника, К₂ - коэффициент, учитывающий конструкцию верхних повивов провода, имеющих уплотненные проволоки или неуплотненные круглые проволоки, и сердечника с уплотненными или неуплотненными проволоками, d_ст. - диаметр стальной части провода и/или сердечника, причем корпус зажима и анкер выполнены с отверстиями, диаметры которых определяются из соотношения: d_отв.=(1,04÷1,28)d_пр., и с проточками на конце анкера; К₂=0 для неуплотненного стального сердечника из круглых проволок и с круглыми проволоками на наружных повивах провода и К₂=1,45÷1,6 для уплотненного стального сердечника и уплотненных наружных повивов провода; специальный профиль корпуса выполнен в виде круглой трубы; в состав легированных добавок алюминиевого сплава корпуса входят медь, кремний, никель и цирконий; сечение корпуса выбирается из соотношения: F_{сеч.корп.}=(2,8-10,5)F_сеч.пр., где F_{сеч.корп.} - сечение корпуса, F_сеч.пр. - сечение алюминиевой части провода; коэффициент опрессования алюминиевой части проводов принимается в следующих соотношениях К_опр.=6,5%÷16,5%, при этом оптимальное значение коэффициента опрессования находится в пределах К_опр.=10,5%÷12,5%; коэффициент опрессования анкера определяется в пределах К_опр.=19%÷30%, причем оптимальное значение коэффициента опрессования анкера находится в пределах К_опр.=20%÷21%; длина опрессования L_опр.ш. корпуса, идущего в шлейф определяется из соотношения: L_опр.ш.=(0,4÷0,7)L_опр.к.; выступ в проточке анкера выполнен под углом α=15°÷40°; ширина выступов в проточках анкера равна l_выст.=2÷2,5 мм, ширина впадин l_впад.=(2,8÷3,4)l_выст., высота выступов в проточках равна l_выст.=1,8÷2,5 мм; длина проточки анкера l_{прот.ан.} определяется в пределах 20÷90 мм; глубина отверстия в анкере определяется из соотношения l_отв.ан.=l_опр.ан.+l_{прот.ан.}+(6÷12) мм».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид натяжного прессуемого зажима, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 - общий вид анкера зажима на фиг. 1 с проточками и проушиной, за которую он крепится к опоре воздушной линии электропередачи; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2, общий вид проточек анкера; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3, вариант конусного исполнения проточек анкера; на фиг. 5 - общий вид зажима на фиг. 1, вид с корпусом в форме круглой трубы, по стрелке А показана конструкция присоединения лапки к аппаратному зажиму.

Заявляемый натяжной прессуемый зажим для закрепления высокотемпературных проводов к анкерным и анкерно-угловым опорам воздушных линий электропередачи состоит из анкера 1, выполняемого в виде стержня с отверстием 2 для закрепления в нем сердечника 3 провода 4, проушины 5 для крепления зажима к опоре и корпуса 6 с хвостовиком 7 (как вариант, корпус может быть выполнен без хвостовика) для опрессования провода 4, уходящего в шлейф 8.

Корпус 6 выполняется из специального профиля, изготавливаемого из алюминиевого сплава, в состав которого введены легированные добавки, обеспечивающие его высокую теплоотдачу и длительную работу при высоких температурах. Специальный профиль корпуса 6 выполняется в виде круглой трубы или иного профиля, а в состав легированных добавок алюминиевого сплава корпуса входят, например, медь, кремний, никель и особенно цирконий, обеспечивающий хорошую эффективность работы зажима при очень высоких температурах.

Сечение корпуса 6 выбирается больше, чем сечение корпуса зажимов для закрепления проводов, применяемых в настоящее время, которые, как указывалось выше, изготавливаются уплотненными по структуре проволок в части отдельно сердечника или наружных повивов, или в комбинированном исполнении. При расчете коэффициента опрессования уплотненных высокотемпературных проводов по математическому выражению: К_опр.=F_н-F_опр./F_н100% площадь опрессования F_опр. рассчитывается по формуле: F_опр.=0,64952D_м²-πКd_пр.²/4 для шестигранных матриц и F_опр.=πD_м²/4-πКd_пр.²/4 для круглых матриц, где F_н - площадь неопрессованного зажима, d_пр. - диаметр провода или, например, стального сердечника, D_м - диаметр матрицы (для шестигранных матриц это диаметр описанной окружности, а для круглых матриц просто их диаметр). К - коэффициент, учитывающий конструкцию высокотемпературных проводов, выполняемых полностью или частично уплотненными или неуплотненными с круглыми проволоками, и принимаемый в пределах 0,850÷0,999. Длина опрессования корпуса 6 и анкера 1 с высокотемпературным проводом 4, имеющим уплотненные алюминиевые проволоки трапецеидального или Z-образного сечения, или сечения любой иной формы определяется с учетом диаметра монтируемого провода и/или стального сердечника из следующих соотношений: L_опр.к.=(4,5÷12)d_прК₁К₂, L_опр.ан.=(8÷25)d_стК₁К₂, где К₁ - коэффициент, учитывающий увеличение или уменьшение величины прочности алюминиевой части провода и стального сердечника и сердечника, К₂ - коэффициент, учитывающий конструкцию верхних повивов провода, имеющих уплотненные проволоки или неуплотненные круглые проволоки, и стального сердечника с уплотненными или неуплотненными проволоками, d_ст. - диаметр стальной части провода и/или сердечника. Корпус 6 зажима и анкер 1 выполняются с отверстиями 9, 2, диаметры которых определяются из соотношения: d_отв.=(1,04÷1,28)d_пр., конец анкера 1 выполняется с проточками 10, выполненными с выступами 11 (выступы 11 в проточках 10 анкера 1 выполняются под углом α=15°÷40°).

Сечение корпуса 6 выбирается из соотношения: F_{сеч.корп.}=(2,8÷10,5) F_сеч.пр., где F_{сеч.корп.} - сечение корпуса, F_сеч.пр. - сечение алюминиевой части провода.

Другие конструктивные и функциональные параметры натяжного прессуемого зажима, существенно необходимые для обеспечения его надежной работы с высокотемпературными проводами, рассчитываются и/или выбираются из следующих соотношений и пределов:

Коэффициент опрессования алюминиевой части проводов принимается в следующих соотношениях: К_опр.=6,5%÷16,5%, при этом оптимальное значение коэффициента опрессования находится в пределах К_опр.=10,5%÷12,5%. Коэффициент опрессования анкера 1 определяется в пределах К_опр.=19%÷30%, при этом оптимальное значение коэффициента опрессования анкера 1 находится в пределах К_опр.=20%÷21%. Длина опрессования L_опр.ш. корпуса 6, идущего в шлейф 8, определяется из соотношения: L_опр.ш.=(0,4÷0,7)L_опр.к.. Ширина выступов 11 в проточках 10 равна l_выст.=2÷2,5 мм, ширина впадин l_впад.=(2,8÷3,4)l_выст., высота выступов 11 в проточках 10 равна l_выст.=1,8÷2,5 мм. Длина проточки 10 анкера 1 l_{прот.ан.} определяется в пределах 20÷90 мм, глубина отверстия 2 в анкере 1 определяется из соотношения l_отв.ан.=l_опр.ан.+l_{прот.ан.}+(6÷12) мм.

Зажим монтируется следующим образом.

Сначала подготавливается к монтажу провод 4, для чего снимается наружный повив на длину, равную 1,3 длины прессуемой части анкера 1 L_опр.ан.+l_{проточки}, сердечник 3 провода 4 вводится в продольное отверстие 2 анкера 1 и производится опрессование анкера 1 с сердечником 3 провода 4 матрицой. Затем корпус 6 продвигается на анкер 1 до упора и последовательно производится опрессование корпуса 6 с проводом 4, а затем хвостовика 7 корпуса 6 со шлейфовым проводом 8, который перед этим вставляется в хвостовик 7 корпуса 6. После операции опрессования зажим через проушину 5 крепится к анкерной или анкерно-угловой опоре воздушной линии электропередачи.

Заявляемый натяжной прессуемый зажим для крепления высокотемпературных проводов воздушных линий электропередачи характеризуется высокой эксплуатационной надежностью; за счет оптимального подбора конструкционных характеристик и особенностей выполнения корпуса, анкера и других элементов в зажиме оказалось технологически удачно и эффективно сочетать их с техническими параметрами таких сложных с точки зрения физики работы проводов нового более высокого класса, при этом монтаж зажима на этих проводах был достаточно прост и проводился стандартными приемами по давно разработанным ранее монтажным картам. В ЗАО «МЗВА» освоен серийный выпуск новых натяжных прессуемых зажимов для высокотемпературных проводов различной номенклатуры.

Источники информации

1. Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2317621 «Натяжной клиновой зажим», Н02G 7/02, заявлено 04.10.2006, опубликовано 20.02.2008.

2. Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2232455 «Натяжной прессуемый зажим», Н02G 7/02, заявлено 04.04.2003, опубликовано 10.07.2004.

3. Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2334328 «Натяжной зажим», Н02G 7/00, заявлено 03.08.2007, опубликовано 20.09.2008.

4. Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2360344 «Натяжной зажим», Н02G 7/02, заявлено 15.04.2008, опубликовано 27.06.2009.

5. Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2368049 «Натяжной клиновой зажим», Н02G 7/02, заявлено 11.09.2008, опубликовано 20.09.2009.